CN111988843A - 一种基站自定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基站自定标方法，包括以下步骤：S1、将内部具有S个通讯情况正常的基站P_s的定位区域划分成M个子坐标系，子坐标系的编号设置为Scoord_i(1≤i≤M)；S2、建立整体坐标系Fcoord，用于构建室内定位的基站坐标；S3、在子坐标系Scoord_i(1≤i≤M)中设置不少于两个辅助基站，所述辅助基站为已知Fcoord坐标下的基站；S4、Scoord_i自定标，对每两个Scoord_i(1≤i≤M)中基站P_s进行测距，以计算基站在Scoord_i(1≤i≤M)中的坐标；S5、Fcoord自定标，通过坐标转换方程，计算出基站P_s的整体坐标；能够对大规模的定位***中的基站坐标进行测量，具有测量的精确性，适用于大规模的定位***。

Description

一种基站自定标方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，特别涉及一种基站自定标方法。

背景技术

在室内定位中，基站坐标对定位效果起着至关重要的作用，目前在实际的基站部署中，主要是依靠手工测量的方法获取全部基站坐标，该方法难以保障坐标精度，且工作量较大，不适用于大规模定位***。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基站自定标方法，具有基站坐标测量的精确性，适用于大规模的定位***。

本发明的一种实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基站自定标方法，包括以下步骤：

S1、将内部具有S个通讯情况正常的基站P_s的定位区域划分成M个子坐标系，子坐标系的编号设置为Scoord_i(1≤i≤M)；

S2、建立整体坐标系Fcoord，用于构建室内定位的基站坐标；

S3、在子坐标系Scoord_i(1≤i≤M)中设置不少于两个辅助基站，所述辅助基站为已知Fcoord坐标下的基站；

S4、Scoord_i自定标，对每两个Scoord_i(1≤i≤M)中基站P_s进行测距，以计算基站在Scoord_i(1≤i≤M)中的坐标；

S5、Fcoord自定标，通过坐标转换方程，计算出基站P_s的整体坐标；

坐标转换方程为：

其中，所述

为基站P_s在Scoordi所的X坐标；

为基站P_s在Scoordi的Y坐标；

为基站P_s所在Fcrood的X坐标；

为基站P_s在Fcrood的Y坐标；

为Scoordi的转换矩阵

通过方程组求解Scoordi的转换矩阵：

所述方程组的解为：

其中：

k1＝x_{Scoordi_aux1}-x_{Scoordi_aux2}；

k2＝y_{scoordi_aux1}-y_{scoordi_aux2}；

k3＝x_{Fcoord_aux1}-x_{Fcaord_aux2}；

k4＝y_{Fcaord_aux1}-y_{Fcoord_aux2}；

所述x_{Scoordi_aux1}为辅助基站1在Scoordi的X坐标；x_{Scoordi_aux2}为辅助基站2在Scoordi的X坐标；y_{Scoordi_aux1}为辅助基站1在Scoordi的Y坐标；y_{Scoordi_aux2}为辅助基站2在Scoordi的Y坐标；x_{Fcoord_aux1}为辅助基站1在Fcoord的X坐标；x_{Fcoord_aux2}为辅助基站2在Fcoord的X坐标；y_{Fcoord_aux1}为辅助基站1在Fcoord的Y坐标；y_{Fcoord_aux2}为辅助基站2在Fcoord的Y坐标。

在步骤S2中，建立Fcoord的方法如下：

S2.1、确定所有Scoord_i(1≤i≤M)的联通区域；

S2.2、确定所述联通区域内的直线为X轴；

S2.3、确定所述X轴上标志明显的一点为原点；

S2.4、确定所述X轴的正方向，利用右手定则确定Y轴正方向。

在步骤S3中，确定辅助基站及其坐标的方法如下：

S3.1、所述辅助基站在所述联通区域内选择；

S3.2、所述辅助基站在Fcoord下的坐标通过手动测量的方式获取。

在步骤S3.1和步骤S3.2之间还包括以下步骤：

S3.1.1、若在所述联通区域内，子坐标系Scoord_i(1≤i≤M)没有足够的辅助基站时，在该子坐标系的联通区域内添加临时基站来作为辅助基站；

S3.1.2、临时基站自定标完成后撤除。

在步骤S4中，Scoord_i自定标的方法包括如下步骤：

S4.1、基站坐标初始值计算；

S4.2、基站坐标优化，通过求解目标函数，获取最优坐标值，所述基站坐标初始值为目标函数的初始解。

在步骤S4.1中，基站坐标初始值的计算包括如下步骤：

S4.1.1、获取基站之间的测距值

通过基站的测距功能获得Scoord_i下基站的两两测距值，共有

个测距值，设定基站P_m与基站P_n之间测距值为d_mn；

S4.1.2、建立Scoord_i

确定原点P₀，所述P₀为Fcoord下X坐标最小的所述辅助基站；确定X正半轴上的点为P₁，所述P₂为Fcoord下X坐标最大的所述辅助基站；确定

为X轴正方向，利用右手定则确定y轴方向；

S4.1.3、选择Scoord_i的参考基站P₂，选择距离X轴最远的基站为参考基站P₂，所述最远距离为h_max；

S4.1.4、P₀、P₀初始坐标计算

所述

为P₀在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₀在Scoord_i的Y坐标初始值；所述

为P₁在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₁在Scoord_i的Y坐标初始值；所述d₀₁为所述P₀和所述P₁的测距值；

S4.1.5、P₂初始坐标计算

P₂在Scoord_i的Y坐标为正；通过P₀和P₂的测距值为d₀₂和h_max可知，

所述

为P₂在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₂在Scoord_i的Y坐标初始值；所述d₀₂为所述P₀和所述P₂的测距值；

S4.1.6、P_s(s≠0，1，2)初始坐标计算

利用三角形余弦定理初步计算P_s坐标，所述计算方式如下：

所述d₀₁为所述P₀和所述P₁的测距值；所述d_0s为所述P₀和所述P_s(s≠0，1，2)的测距值；所述d_1s为所述P₁和所述P_s(s≠0，1，2)的测距值；所述cosα_s为所述d₀₁与所述d_0s的夹角的余弦值；所述sinα_s为所述d₀₁与所述d_0s的夹角的正弦值；所述

为P_s在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P_s在Scoord_i的Y坐标初始值；

S4.1.7、利用P₂确定P_s的位置，计算如下：

若

即

若

即

所述

为P₂与

之间的坐标距离；所述

在Scoord_i下的坐标为

所述

为P₂与

之间的坐标距离；所述

在Scoord_i下的坐标为

所述P₂在Scoord_i下的坐标为

所述d_2s为P₂与

之间的测距值；

S4.1.8、确定唯一解

获取两组坐标解，所述两组坐标解分别为默认解和对称解；所述默认解为所述P₂在Scoord_i的Y坐标为正时对应的坐标解；所述对称解是所述默认解关于Scoord_i的X轴对称获得的坐标解，通过P_s(s≠0，1)在Scoord_i的Y坐标正负判断所述唯一解是默认解或对称解。

在步骤S4.2中：

目标函数如下：

所述

为N个基站的估计坐标，表示为

N为Scoord_i下基站的个数；

为基站P_m的估计坐标；

为基站P_n的估计坐标；d_mn为基站P_m和基站P_n的测距值。

可使用Powell算法求解所述目标函数。

本发明的有益效果：一种基站自定标方法，包括以下步骤：S1、将内部具有S个通讯情况正常的基站P_s的定位区域划分成M个子坐标系，子坐标系的编号设置为Scoord_i(1≤i≤M)；S2、建立整体坐标系Fcoord，用于构建室内定位的基站坐标；S3、在子坐标系Scoord_i(1≤i≤M)中设置不少于两个辅助基站，所述辅助基站为已知Fcoord坐标下的基站；

S4、Scoord_i自定标，对每两个Scoord_i(1≤i≤M)中基站P_s进行测距，以计算基站在Scoord_i(1≤i≤M)中的坐标；S5、Fcoord自定标，通过坐标转换方程，计算出基站P_s的整体坐标；能够对大规模的定位***中的基站坐标进行测量，具有测量的精确性，适用于大规模的定位***。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为一种基站自定标方法的一般流程图；

图2为一种基站自定标方法的坐标系划分以及辅助基站建立的示意图；

图3为本发明中基站间测距的示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图3，一种基站自定标方法，包括以下步骤：

S1、将内部具有S个通讯情况正常的基站P_s的定位区域划分成M个子坐标系，子坐标系的编号设置为Scoord_i(1≤i≤M)；

S2、建立整体坐标系Fcoord，用于构建室内定位的基站坐标；

S3、在子坐标系Scoord_i(1≤i≤M)中设置不少于两个辅助基站，所述辅助基站为已知Fcoord坐标下的基站；

S4、Scoord_i自定标，对每两个Scoord_i(1≤i≤M)中基站P_s进行测距，以计算基站在Scoord_i(1≤i≤M)中的坐标；

S5、Fcoord自定标，通过坐标转换方程，计算出基站P_s的整体坐标；

坐标转换方程为：

其中，所述

为基站P_s在Scoordi所的X坐标；

为基站P_s在Scoordi的Y坐标；

为基站P_s所在Fcrood的X坐标；

为基站P_s在Fcrood的Y坐标；

为Scoordi的转换矩阵

通过方程组求解Scoordi的转换矩阵：

所述方程组的解为：

其中：

k1＝x_{Scoordi_aux1}-x_{Scoordi_aux2}；

k2＝y_{Scoordi_aux1}-y_{Scoordi_aux2}；

k3＝x_{Fcoord_aux1}-x_{Fcoord_aux2}；

k4＝y_{Fcoord_aux1}-y_{Fcoord_aux2}；

所述x_{Scoordi_aux1}为辅助基站1在Scoordi的X坐标；x_{Scoordi_aux2}为辅助基站2在Scoordi的X坐标；y_{Scoordi_aux1}为辅助基站1在Scoordi的Y坐标；y_{Scoordi_aux2}为辅助基站2在Scoordi的Y坐标；x_{Fcoord_aux1}为辅助基站1在Fcoord的X坐标；x_{Fcoord_aux2}为辅助基站2在Fcoord的X坐标；y_{Fcoord_aux1}为辅助基站1在Fcoord的Y坐标；y_{Fcoord_aux2}为辅助基站2在Fcoord的Y坐标。

在步骤S2中，建立Fcoord的方法如下：

S2.1、确定所有Scoord_i(1≤i≤M)的联通区域；

S2.2、确定所述联通区域内的直线为X轴；

S2.3、确定所述X轴上标志明显的一点为原点；

S2.4、确定所述X轴的正方向，利用右手定则确定Y轴正方向。

在步骤S3中，确定辅助基站及其坐标的方法如下：

S3.1、所述辅助基站在所述联通区域内选择；

S3.2、所述辅助基站在Fcoord下的坐标通过手动测量的方式获取。

参照图2，基站A3、A4为子坐标系Scoord₁的辅助基站，基站A6、A7为子坐标系Scoord₂的辅助基站，基站A10为子坐标系Scoord₃的辅助基站，但由于数量仅为1个，因此增加临时基站T1作为子坐标系Scoord₃的辅助基站；而子坐标系Scoord₄在联通区域没有辅助基站，因此，增加临时基站T2和T3作为子坐标系Scoord₄的辅助基站，以此类推。

在步骤S3.1和步骤S3.2之间还包括以下步骤：

S3.1.1、若在所述联通区域内，子坐标系Scoord_i(1≤i≤M)没有足够的辅助基站时，在该子坐标系的联通区域内添加临时基站来作为辅助基站；

S3.1.2、临时基站自定标完成后撤除。

在步骤S4中，Scoord_i自定标的方法包括如下步骤：

S4.1、基站坐标初始值计算；

S4.2、基站坐标优化，通过求解目标函数，获取最优坐标值，所述基站坐标初始值为目标函数的初始解。

在步骤S4.1中，基站坐标初始值的计算包括如下步骤：

S4.1.1、获取基站之间的测距值

通过基站的测距功能获得Scoord_i下基站的两两测距值，共有

个测距值，设定基站P_m与基站P_n之间测距值为d_mn；

S4.1.2、建立Scoord_i

确定原点P₀，所述P₀为Fcoord下X坐标最小的所述辅助基站；确定X正半轴上的点为P₁，所述P₁为Fcoord下X坐标最大的所述辅助基站；确定

为X轴正方向，利用右手定则确定y轴方向；

S4.1.3、选择Scoord_i的参考基站P₂，选择距离X轴最远的基站为参考基站P₂，所述最远距离为h_max；

S4.1.4、P₀、P₁初始坐标计算

所述

为P₀在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₀在Scoord_i的Y坐标初始值；所述

为P₁在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₁在Scoord_i的Y坐标初始值；所述d₀₁为所述P₀和所述P₁的测距值；

S4.1.5、P₂初始坐标计算

P₂在Scoord_i的Y坐标为正；通过P₀和P₂的测距值为d₀₂和h_max可知，

所述

为P₂在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₂在Scoord_i的Y坐标初始值；所述d₀₂为所述P₀和所述P₂的测距值；

S4.1.6、P_s(s≠0，1，2)初始坐标计算

参照图3，利用三角形余弦定理初步计算P_s坐标，所述计算方式如下：

所述d₀₁为所述P₀和所述P₂的测距值；所述d_0s为所述P₀和所述P_s(s≠0，1，2)的测距值；所述d_1s为所述P₁和所述P_s(s≠0，1，2)的测距值；所述cosα_s为所述d₀₁与所述d_0s的夹角的余弦值；所述sinα_s为所述d₀₁与所述d_0s的夹角的正弦值；所述

为P_s在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P_s在Scoord_i的Y坐标初始值；

S4.1.7、利用P₂确定P_s的位置，计算如下：

若

即

若

即

所述

为P₂与

之间的坐标距离；所述

在Scoord_i下的坐标为

所述

为P₂与

之间的坐标距离；所述

在Scoord_i下的坐标为

所述P₂在Scoord_i下的坐标为

所述d_2s为P₂与

之间的测距值；

S4.1.8、确定唯一解

获取两组坐标解，所述两组坐标解分别为默认解和对称解；所述默认解为所述P₂在Scoord_i的Y坐标为正时对应的坐标解；所述对称解是所述默认解关于Scoord_i的X轴对称获得的坐标解，通过P_s(s≠0，1)在Scoord_i的Y坐标正负判断所述唯一解是默认解或对称解。

在步骤S4.2中：

目标函数如下：

所述

为N个基站的估计坐标，表示为

N为Scoord_i下基站的个数；

为基站P_m的估计坐标；

为基站P_n的估计坐标；d_mn为基站P_m和基站P_n的测距值。

可使用Powell算法求解所述目标函数；本发明能够对大规模的定位***中的基站坐标进行测量，具有测量的精确性，适用于大规模的定位***

当然，本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形和替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种基站自定标方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将内部具有S个通讯情况正常的基站P_s的定位区域划分成M个子坐标系，子坐标系的编号设置为Scoord_i(1≤i≤M)；

S2、建立整体坐标系Fcoord，用于构建室内定位的基站坐标；

S3、在子坐标系Scoord_i(1≤i≤M)中设置不少于两个辅助基站，所述辅助基站为已知Fcoord坐标下的基站；

S4、Scoord_i自定标，对每两个Scoord_i(1≤i≤M)中基站P_s进行测距，以计算基站在Scoord_i(1≤i≤M)中的坐标；

S5、Fcoord自定标，通过坐标转换方程，计算出基站P_s的整体坐标；

坐标转换方程为：

其中，所述

为基站P_s在Scoordi所的X坐标；

为基站P_s在Scoordi的Y坐标；

为基站P_s所在Fcrood的X坐标；

为基站P_s在Fcrood的Y坐标；

为Scoordi的转换矩阵通过方程组求解Scoordi的转换矩阵：

所述方程组的解为：

其中：

k1＝x_{Scoordi_aux1}-x_{Scoordi_aux2}；

k2＝y_{Scoordi_aux1}-y_{Scoordi_aux2}；

k3＝x_{Fcoord_aux1}-x_{Fcoord_aux2}；

k4＝y_{Fcoord_aux1}-y_{Fcoord_aux2}；

所述x_{Scoordi_aux1}为辅助基站1在Scoordi的X坐标；x_{Scoordi_aux2}为辅助基站2在Scoordi的X坐标；y_{Scoordi_aux1}为辅助基站1在Scoordi的Y坐标；y_{Scoordi_aux2}为辅助基站2在Scoordi的Y坐标；x_{Fcoord_aux1}为辅助基站1在Fcoord的X坐标；x_{Fcoord_aux2}为辅助基站2在Fcoord的X坐标；y_{Fcoord_aux1}为辅助基站1在Fcoord的Y坐标；y_{Fcoord_aux2}为辅助基站2在Fcoord的Y坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基站自定标方法，其特征在于，在步骤S2中，建立Fcoord的方法如下：

S2.1、确定所有Scoord_i(1≤i≤M)的联通区域；

S2.2、确定所述联通区域内的直线为X轴；

S2.3、确定所述X轴上标志明显的一点为原点；

S2.4、确定所述X轴的正方向，利用右手定则确定Y轴正方向。

3.根据权利要求2所述的一种基站自定标方法，其特征在于，在步骤S3中，确定辅助基站及其坐标的方法如下：

S3.1、所述辅助基站在所述联通区域内选择；

S3.2、所述辅助基站在Fcoord下的坐标通过手动测量的方式获取。

4.根据权利要求3所述的一种基站自定标方法，其特征在于，在步骤S3.1和步骤S3.2之间还包括以下步骤：

S3.1.1、若在所述联通区域内，子坐标系Scoord_i(1≤i≤M)没有足够的辅助基站时，在该子坐标系的联通区域内添加临时基站来作为辅助基站；

S3.1.2、临时基站自定标完成后撤除。

5.根据权利要求1所述的一种基站自定标方法，其特征在于，在步骤S4中，Scoord_i自定标的方法包括如下步骤：

S4.1、基站坐标初始值计算；

S4.2、基站坐标优化，通过求解目标函数，获取最优坐标值，所述基站坐标初始值为目标函数的初始解。

6.根据权利要求5所述的一种基站自定标方法，其特征在于，在步骤S4.1中，基站坐标初始值的计算包括如下步骤：

S4.1.1、获取基站之间的测距值

通过基站的测距功能获得Scoord_i下基站的两两测距值，共有

个测距值，设定基站P_m与基站P_n之间测距值为d_mn；

S4.1.2、建立Scoord_i

确定原点P₀，所述P₀为Fcoord下X坐标最小的所述辅助基站；确定X正半轴上的点为P₁，所述P₁为Fcoord下X坐标最大的所述辅助基站；确定

为X轴正方向，利用右手定则确定y轴方向；

S4.1.3、选择Scoord_i的参考基站P₂，选择距离X轴最远的基站为参考基站P₂，所述最远距离为h_max；

S4.1.4、P₀、P₁初始坐标计算

所述

为P₀在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₀在Scoord_i的Y坐标初始值；所述

为P₁在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₁在Scoord_i的Y坐标初始值；

所述d₀₁为所述P₀和所述P₁的测距值；

S4.1.5、P₂初始坐标计算

P₂在Scoord_i的Y坐标为正；通过P₀和P₂的测距值为d₀₂和h_max可知，

所述

为P₂在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P₂在Scoord_i的Y坐标初始值；所述d₀₂为所述P₀和所述P₂的测距值；

S4.1.6、P_s(s≠0，1，2)初始坐标计算

利用三角形余弦定理初步计算P_s坐标，所述计算方式如下：

所述d₀₁为所述P₀和所述P₁的测距值；所述d_0s为所述P₀和所述P_s(s≠0，1，2)的测距值；所述d_1s为所述P₁和所述P_s(s≠0，1，2)的测距值；所述cosα_s为所述d₀₁与所述d_0s的夹角的余弦值；所述sinα_s为所述d₀₁与所述d_0s的夹角的正弦值；所述

为P_s在Scoord_i的X坐标初始值；所述

为P_s在Scoord_i的Y坐标初始值；

S4.1.7、利用P₂确定P_s的位置，计算如下：

若

即

若

即

所述

为P₂与

之间的坐标距离；所述

在Scoord_i下的坐标为

所述

为P₂与

之间的坐标距离；所述

在Scoord_i下的坐标为

所述P₂在Scoord_i下的坐标为

所述d_2s为P₂与

之间的测距值；

S4.1.8、确定唯一解

获取两组坐标解，所述两组坐标解分别为默认解和对称解；所述默认解为所述P₂在Scoord_i的Y坐标为正时对应的坐标解；所述对称解是所述默认解关于Scoord_i的X轴对称获得的坐标解，通过P_s(s≠0，1)在Scoord_i的Y坐标正负判断所述唯一解是默认解或对称解。

7.根据权利要求5所述的一种基站自定标方法，其特征在于，在步骤S4.2中：

目标函数如下：

所述

为N个基站的估计坐标，表示为

N为Scoord_i下基站的个数；

为基站P_m的估计坐标；

为基站P_n的估计坐标；d_mn为基站P_m和基站P_n的测距值。

8.根据权利要求7所述的一种基站自定标方法，其特征在于：可使用Powell算法求解所述目标函数。

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